Question

9．二氧化碳和氨是重要的化工产品，是纯碱工业、制造硝酸、铵盐和氮肥等的原料．
（1）CO₂的电子式是．
（2）以NH₃与CO₂为原料合成尿素[化学式为CO（NH₂）₂]的主要反应如下：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ•mol^-1
③H₂O（1）═H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
写出CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
（3）NH₃和O₂在铂系催化剂作用下从145℃就开始反应：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ•mol^-1不同温度下NO产率如下图1所示，由此图可知温度对NO产率的影响规律为145℃到900℃时，NO产率随温度升高而增大，请用化学反应速率和化学平衡理论解释其原因：温度高于900℃时，平衡向左移动．

（4）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图2所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，有关石墨I电极反应可表示为NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．
（5）已知常温下NH₃•H₂O的电离平衡常数K=1.75×10^-5，H₂CO₃的电离平衡常数K₁=4.4×10^-7，K₂=4.7×10^-11． 常温下，用氨水吸收CO₂可得到NH₄HCO₃溶液，NH₄HCO₃溶液显碱性（填“酸性”、“中性”或“碱性”）；计算反应NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O?NH₃•H₂O+H₂CO₃的平衡常数K=1.3×10^-3（结果保留2位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）二氧化碳是碳原子和氧原子间通过共价双键形成的非极性分子；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算①+②-③得到CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式；
（3）145℃到900℃时，NO产率随温度升高而增大；对于放热反应，温度升高，则化学平衡向逆向移动；
（4）燃料原电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应；先根据化合价判断生成氧化物N₂O₅的电极，再根据离子的放电顺序写出电极反应式；
（5）根据盐类水解规律，已知NH₃．H₂O的电离平衡常数K=1.75×10^-5，H₂CO₃的电离平衡常数K₁=4.4×10^-7，K₂=4.7×10^-11，越弱越水解判断；反应NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O═NH₃．H₂O+H₂CO₃的平衡常数K=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{H}_{4}^{+}）c（HC{O}_{3}^{-}）}$=$\frac{c（{H}^{+}）c（O{H}^{-}）}{K（N{H}_{3}•{H}_{2}O）{K}_{1}}$进行计算．

解答 解：（1）二氧化碳是碳原子和氧原子间通过共价双键形成的非极性分子，碳原子和氧原子均达到了8电子稳定结构，故答案为：；
（2）①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂ NH₄（s）△H=+l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-116.5kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=-44.0kJ•mol^-1
依据热化学方程式和盖斯定律计算①+②-③得到CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
（3）145℃到900℃时，NO产率随温度升高而增大；对于放热反应，温度升高，则化学平衡向逆向移动，所以氨气的产率减小，
故答案为：145℃到900℃时，NO产率随温度升高而增大；温度高于900℃时，平衡向左移动；
（4）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，二氧化氮在负极失电子发生氧化反应，元素化合价升高为+5价，氧化物为N₂O₅，反应的电极反应为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
故答案为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
（5）根据盐类水解规律，已知NH₃．H₂O的电离平衡常数K=1.75×10^-5，H₂CO₃的电离平衡常数K₁=4.4×10^-7，K₂=4.7×10^-11，所以碳酸氢根的水解程度更大，所以NH₄HCO₃显碱性；反应NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O═NH₃．H₂O+H₂CO₃的平衡常数K=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{H}_{4}^{+}）c（HC{O}_{3}^{-}）}$=$\frac{c（{H}^{+}）c（O{H}^{-}）}{K（N{H}_{3}•{H}_{2}O）{K}_{1}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1.75×1{0}^{-5}×4.4×1{0}^{-7}}$=1.3×10^-3；
故答案为：碱性；1.3×10^-3．

点评 本题考查了电子式、盖斯定律的应用、电化学和弱电解质的电离平衡，综合性较强，但难度较大．